基于Cas13a辅助熵驱动系统与荔枝状Fe-TiO2的SERS生物传感器实现miRNA-21超灵敏检测

针对肿瘤标志物miRNA-21低表达检测难题，研究人员创新性整合CRISPR/Cas13a系统与熵驱动电路(EDC)，结合具有优异激子捕获能力的荔枝状Fe-TiO2半导体SERS基底，开发出检测限达43.88 fmol/L的生物传感器，为癌症早期预警提供了高灵敏度检测新策略。

　　

癌症已成为全球健康重大挑战，而微小RNA(miRNA)作为基因调控的关键分子，其异常表达与多种癌症密切相关。其中miRNA-21被证实与甲状腺癌、乳腺癌等恶性肿瘤的发生发展直接相关，但由于其极低表达水平，传统检测方法往往难以满足临床需求。与此同时，半导体表面增强拉曼光谱(SERS)技术虽具有高灵敏度优势，但常用基底材料二氧化钛(TiO₂)存在带隙宽、电荷转移(CT)效率低等瓶颈。

重庆大学的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表创新成果，通过将CRISPR/Cas13a基因编辑系统与无需酶的熵驱动电路(EDC)相结合，并开发新型荔枝状铁掺杂TiO₂(Fe-TiO₂)SERS基底，成功构建了检测限达43.88 fmol/L的miRNA-21生物传感器。研究采用溶胶-凝胶法制备Fe-TiO₂微球，通过Cas13a特异性识别靶RNA并释放触发链，结合EDC自发扩增实现双重信号放大。

关键技术包括：1)Fe³⁺掺杂构建氧空位和Ti³⁺缺陷的半导体基底；2)CRISPR/Cas13a靶向识别与反式切割；3)熵驱动电路实现无酶扩增；4)SERS信号定量分析。

【研究结果】

1. 材料表征：Fe掺杂使TiO₂带隙显著变窄，CT贡献率(ρ_CT)从0.45提升至0.94，证实Fe³⁺既能作为激子捕获位点，又能促进电子-空穴分离。
2. 检测性能：在10^-13-10^-7 mol/L范围内呈现良好线性，对单碱基错配序列保持高特异性。
3. 实际应用：在血清样本中回收率达95.2%-104.3%，证实抗干扰能力。

该研究创新性地将基因编辑技术与半导体材料改性相结合：一方面，Fe-TiO₂的独特荔枝状结构提供稳定SERS信号；另一方面，Cas13a与EDC的整合实现了一锅法双重扩增。这种"材料-分子"协同策略不仅为miRNA检测提供了新范式，其提出的Fe³⁺掺杂调控CT过程的方法，更可拓展至其他生物标志物检测领域。研究团队特别指出，该平台在癌症早期筛查方面具有重要应用前景，其无酶扩增特性显著降低了检测成本与操作复杂度。